Um novo espectrômetro de ressonância magnética digital está sendo desenvolvido por pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC-USP).
Com uma tecnologia que permite sintetizar hardware a partir de software, com base em lógicas programáveis (FPGA), o sistema desenvolvido desde 2010 pelos cientistas do 
IFSC busca imunidade à obsolescência – daí a sua versatilidade -, permitindo criar tantas quantas as funcionalidades que o usuário pretender, de forma muito mais rápida e eficiente do que com o hardware convencional.
Graças à sua vertente multipropósito, o novo sistema apresenta inúmeras possibilidades para diversos campos de pesquisa. Um dos principais objetivos deste projeto é criar um instrumento que permita o uso de sofisticados equipamentos como, por exemplo, um scanner de MRI, em aplicações em outras áreas da ciência, possibilitando que cientistas desenvolvam experimentos específicos, ou mesmo para o ensino.
Esta possibilidade é, hoje em dia, muito restrita com os sistemas comerciais existentes, pois envolve o aprendizado da operação de tais sistemas em um nível de atuação mais profundo, nem sempre permitido pelos fabricantes daqueles sistemas. Ao controlar diversos tipos de equipamentos da área de RM, o sistema pode ser facilmente customizado para funcionar como um Relaxômetro, um Espectrômetro Analítico de Ressonância Magnética, ou ainda um Scanner de Imagens e Espectroscopia in vivo por Ressonância Magnética.
O Prof. Alberto Tannús, coordenador do CIERMaG – Centro de Imagens e Espectroscopia in vivo por Ressonância Magnética (IFSC) e líder da equipe de pesquisadores que desenvolve o sistema desde 2010, considera este inovador trabalho como revolucionário: Na verdade, ele poderá ser aplicado a uma infinidade de áreas – ciências dos materiais, indústria do petróleo, agronomia, medicina, pecuária, aeronáutica e agricultura, entre outras. Em todas as aplicações foram observadas as necessidades e funcionalidades requeridas principalmente por usuários pesquisadores, de forma que o uso, adaptação ou criação das metodologias de RM específicas para os estudos sejam desenvolvidas em um ambiente amigável e não encontrem obstáculos. Este trabalho completa uma das expectativas do saudoso Prof. Panepucci (IFSC-USP), do completo domínio da tecnologia associada a esta área, salienta Tannús.
O grupo de jovens pesquisadores liderados por Tannús é constituído por cerca de uma dezena de alunos, entre DTI (CNPq) e pós-graduação do IFSC (Capes, CNPq e FAPESP), além de alunos de Iniciação Científica e ITI, sendo que cada um deles tem uma missão específica na construção deste sistema: é como se cada um esteja responsável pela construção de uma peça de um gigante quebra-cabeças, rumo ao mosaico final.
Alberto Tannús sublinha que tem sido um trabalho árduo, mas muito proveitoso, graças ao entusiasmo de sua equipe: Cada integrante da equipe tem uma missão específica. Enquanto um desenvolve e implementa uma linguagem de programação de sequências de pulsos de RM (Linguagem ‘F’), outro está envolvido na criação de um controlador que especifica os atos de correção de campo magnético (subsistema de shimming): outro pesquisador desenvolve as novas funcionalidades do compilador para a Linguagem ‘F’, que promove o 
“diálogo” entre hardware e software e vice-versa, enquanto outro, por seu turno, se dedica à construção e desenvolvimento de um editor específico para a linguagem já descrita, e por aí vai, passando pela criação da edição gráfica (para satisfazer a ambas as gerações de usuários: point-and-click e line-programming), a customização que determina as operações mais complexas ou as mais simples, complementa o pesquisador.
Este último item compreende um dos principais avanços alcançados, pois estabeleceu-se como meta a criação de uma linguagem específica para a programação de sequências de pulsos, seu ambiente de desenvolvimento com editor sensível à linguagem, um compilador para código executável em tempo real, e para múltiplos núcleos de processamento, de um grupo heterogêneo de DSPs que constituem o Espectrômetro Digital do CIERMag.
A abordagem utilizada focaliza também no desenvolvimento de um ambiente de desenvolvimento (IDE – do inglês Integrated Development Environment) que disponibilize aos usuários pesquisadores uma plataforma estável, amigável e sem limitações quanto à usabilidade do sistema, característica raramente encontrada nos sistemas comerciais existentes. Para citar um exemplo, um scanner de Imagens por RM pode constituir uma poderosa ferramenta de pesquisa não limitada ao uso em Diagnóstico Clínico, mas com aplicações nas mais diversas áreas da ciência.
A aplicação em diagnóstico clínico não é, contudo desprezada; pelo contrário, um enorme esforço se fará na sequência deste desenvolvimento para constituir as suites de metodologias de Imagens e Espectroscopia de RM nas mais diversas aplicações em diagnóstico médico. Este esforço contará com recursos de um projeto em contratação com a FINEP e que envolve a participação de uma empresa local, a FIT, e envolve também a colaboração de outro pesquisador do CIERMag, o Prof. Fernando Paiva, que deverá disponibilizar sua experiência de vários anos no uso clínico deste equipamento, além de conhecimento específico das mais modernas técnicas de MRI e MRS.
Na área de agricultura, pode-se destacar a 
aplicação deste inovador equipamento nos estudos morfológicos de danos em sementes, análise quantitativa de açúcares em frutas e estudos não invasivos do crescimento de raízes, enquanto que as aplicações na indústria do petróleo incidem especialmente na exploração do estudo da dinâmica de fluidos multifásicos e aplicações gerais em química analítica do petróleo e derivados.
Por outro lado, em ciências dos materiais as aplicações vão para estudos morfológicos, por imagem, de propriedades dos materiais, enquanto que na área da aeronáutica as aplicações podem verter sobre a contaminação de materiais compósitos utilizados em aerofólios por substâncias observáveis por RM como querosene, óleo e água).
Por último, na área de diagnóstico clínico, os destaques vão para todas as aplicações envolvendo Imagens e Espectroscopia in vivo, para a obtenção de diagnóstico médico. Em aplicações pré-clínicas, estudos in vivo e ex vivo – em animais e material de biópsia. Além disso, há uma previsão para o desenvolvimento de metodologias de RM específicas prevendo-se igualmente a utilização em autópsias, parte de uma colaboração que o CIERMag tem com outros colaboradores da USP em São Paulo.
A equipe de pesquisadores
Apesar dos grandes avanços nos equipamentos de ressonância magnética, alguns itens continuam precários, se comparados a outros ramos de atividade, como a programação das sequências de pulsos.
Assim, os equipamentos de ressonância magnética, sejam eles para imagem ou para espectroscopia, funcionam baseados na informação fornecida do sistema de spins. Os pulsos de gradientes de campo magnético ou de radiofrequência promovem codificações e 
excitação no sistema e após terem sido aplicados uma resposta pode ser adquirida e analisada, conforme a aplicação.
Desta forma, a pesquisa em novas sequências de pulsos (associadas a novas metodologias de RM) é uma vasta e importante área de investigação, pelo que a equipe do Prof. Tannús resolveu desenvolver uma API (Application Programming Interface) e um IDE (Integrated Development Environment).
Ambos os subsistemas são compostos por ferramentas especialmente destinadas a pesquisadores e desenvolvedores: a API é uma parte do código do programa que faz a interface com o resto do sistema, ou seja, fornece as funcionalidades para que o espectrômetro seja multipropósito, enquanto o IDE fornece as ferramentas necessárias para o desenvolvimento do próprio experimento de RM incluindo facilidades como as existentes nos ambientes de desenvolvimento de programação, qualquer que seja a linguagem. Assim, pode-se desenvolver os métodos de RM com a possibilidade de se detectar, por exemplo, erros em tempo de programação. O desenvolvimento deste trabalho está sob a responsabilidade do jovem pesquisador Daniel Cosmo Pizetta (Mestrado – CAPES).
O trabalho da equipe do Prof. Tannús abrange ainda a montagem do equivalente gráfico da programação in line da metodologia de RM, que está sob a responsabilidade de Gustavo Vilaça Lourenço (DTI-B – CNPq), e o desenvolvimento da programação textual, compreendida pelo editor sensível à linguagem (linguagem “F”, propriedade do CIERMag) a cargo do pesquisador Eric Fonseca (DTI-B – CNPq), que constrói o interpretador textual da linguagem e o desenvolvimento das ferramentas que irão auxiliar no funcionamento desses interpretador. Esta linguagem conta também com o desenvolvimento contínuo do seu compilador, para o qual novas funcionalidades estão sendo inseridas a todo momento, acompanhando a evolução do próprio hardware, numa combinação notável e original: este é o trabalho de Guilherme Freire (DTI-B – CNPq), que dá continuidade ao trabalho inicial de Felipe Coelho (IC – FAPESP), que desenhou a linguagem e a primeira versão do compilador.
O contínuo desenvolvimento do hardware de todos os subsistemas do espectrômetro, sintetizado de forma digital através de equações de lógica booleana fundamentais, ficou a cargo de um dos membros permanentes da equipe, Dr. Mateus Martins, que juntamente com o Prof. Tannús e o Dr. Edson Vidoto, outro membro permanente, estabeleceram as especificações do sistema e definiram a topologia utilizada. Felipe Coelho agora conclui o desenvolvimento de um sistema de controle de shimming (Mestrado – FAPESP), capaz de permitir através de interação ou automaticamente, que se faça a homogeneização do campo magnético utilizado em qualquer experimento.
Pedro Duarte de Souza (DTI-C – CNPq), outro pesquisador integrante da equipe de Tannús, tem a missão de construir o Front End, que mais não é do que um sistema de comunicação (Hardware e Software) tendo em vista a multiplicidade de aplicações do novo espectrômetro, e assim permitir que o mesmo sistema opere com qualquer intensidade de campo magnético.
Danilo Mendes (Mestrado – CNPq), outro pesquisador da equipe, está responsável pelo desenvolvimento de uma ferramenta multiplataforma para aquisição, visualização, organização e processamento de sinais de ressonância magnética, ou seja, o controle de todo o hardware do espectrômetro. Comumente chamado de “Console”, esta parte do software de controle permite que um operador tenha acesso a todos os níveis de operação de uma determinada metodologia de RM, e permite manipulação de dados resultantes de forma homogênea, característica original em equipamentos dessa natureza.
Uma importante contribuição que deverá integrar o console do sistema é parte do trabalho de Heitor de Bittencourt (IC – FAPESP), que desenvolve um sistema para simulação da ação de pulsos de RF combinados com gradientes de campo magnético sobre o sistema de spins: trata-se de uma poderosa ferramenta de investigação, que permitirá, por exemplo, que os pesquisadores desenhem Pulsos Adiabáticos para suas próprias aplicações.
Este é, resumidamente, um dos importantes trabalhos de pesquisa que estão sendo desenvolvidos pelo CIERMag, uma equipe do IFSC que, tal como as restantes do Instituto, está unida em redor do desenvolvimento da ciência e inovação nacional.
Assessoria de Comunicação
